CN217127226U - 一种适用于高含固物料大型厌氧发酵系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种适用于高含固物料大型厌氧发酵系统，属于发酵设备领域，本实用新型发酵系统包括罐体、顶部中心搅拌机、顶部侧搅拌机、底部侧搅拌机、水力循环系统；所述顶部中心搅拌机包括电机、传动轴、上层桨叶，下层桨叶。所述顶部中心搅拌机的电机安装于罐体的顶部中心位置，通过传动轴垂直向下伸入罐体内部，桨叶安装在传动轴上端，桨叶安装在传动轴下端；所述顶部侧搅拌机设置在罐体的中上部，所述底部侧搅拌机设置在罐体的中下部。本实用新型通过立体的搅拌、多种搅拌技术的组合，能够实现高含固量发酵物料的混合匀质，从而大幅度提高厌氧消化率，沼气产量比同行业高出30％以上。

Description

一种适用于高含固物料大型厌氧发酵系统

技术领域

本实用新型型涉及发酵设备领域，特别涉及一种适用于高含固量物料大型厌氧发酵系统。

背景技术

随着养殖管理技术和装备技术的快速发展，以及智慧化技术的发展和应用，在规模化畜牧养殖行业中，以奶牛为主的大型牧场呈现出养殖规模越来越大的发展趋势。然而，随着养殖规模的不断扩大，其产生的粪污所带来的环境污染也越来越突出。沼气工程项目是畜禽养殖场废弃物污染治理最有效的解决方案之一。沼气工程具有能源、生态和经济等较好的综合效益，同时又符合国家发展的双碳减排发展目标。

厌氧发酵罐是厌氧发酵产沼气的核心装置。而随着牧场规模的扩大，其产生的粪污量也必然陡增，厌氧的总发酵容积也随之增大。在牧场有限的环保区用地上，采用如3000m3或直径超过16米以上的大型罐体也越来越常见。厌氧罐体增大，能够节约大量占地，减少部分设备投资，在一次性投资上的效益是显而易见的。然而通常牧场收集到的粪污水中固形物、纤维杂质等含量可高达10％～20％，具有很强的沉降性和飘浮性双重特点。罐体的增大，会因搅拌功率不足、搅拌不充分等因素产生发酵效果差，沼气产量低的问题；而牛粪中混杂的长草、锯糠、细沙会因沉淀性强，排沙困难等问题使厌氧发酵设备堵塞；而飘浮性的物料则容易在厌氧罐液面处形成结壳，造成沼气出气受阻，严重威胁厌氧罐的安全。针对这种高含固量且采用大型罐体进行厌氧发酵的项目，物料能否实现均匀搅拌，减缓厌氧罐底部大量沉积、顶部不结壳是其能否真正发挥高效厌氧的关键因素。因此，开发一种能够满足高含固量大型厌氧罐的搅拌技术，以期提高沼气产量、延长罐体有效使用时间，减少清罐次数成为促进行业发展的迫切需求。

实用新型内容

为解决上述项问题，本实用新型提出一种适用高含固量大型罐体的厌氧强效搅拌技术，目的在于解决行业内普遍采用低功率搅拌器，使得单立方粪污搅拌功率配置低，在高含固量物料应用上搅拌不充分，产气量低，底部容易沉砂，顶部容易结壳，出料口堵塞等问题。

本实用新型提供了一种适用于高含固物料大型罐体厌氧发酵系统，包括罐体、顶部中心搅拌机、顶部侧搅拌机、底部侧搅拌机、水力循环系统；

所述顶部中心搅拌机包括电机、传动轴、上层桨叶、下层桨叶，所述顶部中心搅拌机的电机安装于罐体的顶部中心位置，通过传动轴垂直向下伸入罐体0 内部，上层桨叶安装在传动轴上端，下层桨叶安装在传动轴下端；

所述顶部侧搅拌机设置在罐体的中上部，所述底部侧搅拌机设置在罐体的中下部。

进一步，所述顶部侧搅拌机和底部侧搅拌机为推进式搅拌机，所述推进式搅拌机的机电部分固定在罐体外壁，通过传动轴伸入罐体内部，传动轴顶部设置桨叶。

进一步，所述顶部侧搅拌机设置在罐体上部侧壁，所述顶部侧搅拌机可进行水平左右20°的角度调整。

进一步，所述顶部侧搅拌机设置在罐体顶壁，具体位于上层桨叶旋转直径的外围位置；

进一步，所述底部侧搅拌机与所述罐体的横轴线水平15～30°安装。

进一步，所述底部侧搅拌机与顶部中心搅拌机顺时针或逆时针旋转方向一致。

进一步，所述水力循环系统包括循环泵和循环管道，所述循环泵通过循环管道与罐体连接，所述循环泵安装在地面高度，循环管道的一端为进水管，另一端为出水管，所述进水管与罐体的上部连接，出水管与罐体的底部连接。

本实用新型所述发酵系统还包括中央控制系统，用于控制发酵系统的运行控制，在运行时顶部中心搅拌机和水力循环系统处于连续运行方式；所述顶部侧搅拌机和所述底部侧搅拌机采用间歇性运行方式。

进一步，本实用新型发酵系统所述上层桨叶、顶部侧搅拌机及底部侧搅拌机的设置数量分别为1个或多个。

进一步，所述多个顶部侧搅拌机和底部侧搅拌机分别为罐体水平截面等角度设置。

本实用新型的有益效果如下：

1、本实用新型通过立体的搅拌、多种搅拌技术的组合，能够实现高含固量的物料的混合匀质，从而大幅度提高厌氧消化率，沼气产量比同行业高出30％以上；

2、本实用新型通过机械搅拌和水力搅拌技术的结合，并通过科学合理的布置，能够最大程度减少罐体底部沉砂和顶部结壳，再辅以科学的排泥管设计，能够大大延长罐体的有效使用时间，减少停产、清罐次数，提高生产效率；

3、本实用新型由于主要针对含固量在10％以上，既容易沉淀又容易产生浮渣的物料，厌氧罐体容积在3000m3或者直径超过16米以上的大型罐体的厌氧搅拌，不仅仅限于牧场粪污沼气工程的应用，在餐厨/厨余垃圾、市政污泥等其他具有类似特性的有机固废处理领域也具有非常好的适用性。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种发酵系统的正视图；

图2为本实用新型实施例提供的一种发酵系统的俯视图；

图3为本实用新型实施例提供的另一种发酵系统的正视图；

图4为本实用新型实施例提供的另一种发酵系统的俯视图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本实用新型实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

在本实用新型实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两个或者两个以上，例如，多个元件是指两个或者两个以上的元件等。

实施例1

一种适用于高含固物料大型罐体厌氧发酵系统，包括罐体0、顶部中心搅拌机1、顶部侧搅拌机2、底部侧搅拌机3、水力循环系统4。

其中，所述顶部中心搅拌机1包括电机11、传动轴12、上层桨叶13、下层桨叶14。所述顶部中心搅拌机1的电机11安装于罐体0的顶部中心位置，通过传动轴12垂直向下伸入罐体0内部，上层桨叶13安装在传动轴12上端，下层桨叶14安装在传动轴12下端。

上层桨叶13位于罐体0的中上部，运行时，上层桨叶13位于物料液面以下 0.5～1m处，其桨叶安装倾角较小，以减小迎水阻力，仅提供较小的推力，主要用于推动厌氧罐中心上层区域浮渣，防止长时间聚集发生结壳现象。作为优选上层桨叶13可以设置为多个，具体为在传动轴12的上端安装多个上层桨叶，以提升防结壳效果。

下层桨叶14位于罐体0的中下部，安装时桨叶倾角较大，以取得较大迎水面，以此提供较大的推力。下层桨叶14通过电机11、传动轴12的带动进行低速旋转，能够使罐体0中的物料形成中心向下四周向上的流场运动形式，从而充分混合罐体0内部的物料。

所述顶部侧搅拌机2设置在罐体0侧壁的中上部，顶部侧搅拌机2用于厌氧罐0物料上层周边区域的物料搅拌，防止浮渣长时间聚集发生结壳现象。

作为优选，所述顶部侧搅拌机2通常为推进式搅拌机，优选轴流型推进式搅拌机。

进一步，顶部侧搅拌机2的机电部分固定在罐体0侧壁，通过传动轴伸入罐体0内部，传动轴顶部设置桨叶，所述顶部侧搅拌机2的桨叶设置在物料液面以下0.5～1m处。在运行时，所述顶部侧搅拌机2可进行水平左右20°的角度调整。运行时，通过所述顶部侧搅拌机2叶轮的高速旋转，起到推流搅拌和破壳的目的。

进一步，如果所述罐体0的罐顶承重力足够，则可将所述顶部侧搅拌机2 还可以设置在罐体0顶壁四周位置，其具体安装位置可在所述顶部中心主搅拌机 1上层桨叶13的旋转半径以外位置安装。

进一步，所述顶部侧搅拌机2可以设置多个，例如根据所述罐体直径和荷载，厌氧罐体直径在16-18米以内可以选择安装2台，直径在18米以上可以选择安装3台或更多，以减少搅拌死角，充分发挥搅拌或破碎效率。

进一步，多个顶部侧搅拌机2在罐体0的侧壁或顶壁按照水平截面等角度设置，例如将3台所述顶部侧搅拌机2按照120°夹角对称设置，如图2和图4所示；例如将2台所述顶部侧搅拌机2按照180°夹角对称设置，如图1和图3所示；

所述底部侧搅拌机3为推进式搅拌机，优选轴流型推进式搅拌机，安装于罐体0底部四周位置，主要是将沉积于罐体底部的易沉降性物料搅动起来，并在所述顶部中心搅拌机1的作用下重新回到厌氧中上部高效反应区内，与厌氧微生物进行结合，分解进而产生沼气。

进一步，所述底部侧搅拌机3可以设置为多个，例如根据物料浓度、沉降速率以及所述罐体直径和荷载，罐体直径在16米以下可以选择2台，罐体直径在 16～20米可以选择3台，直径在20米以上罐体则可以选择4台或更多；

进一步，多个底部侧搅拌机3在罐体0底部四周位置按照水平截面等角度设置，例如，将所述底部侧搅拌机3按照2台180°夹角、3台120°夹角、4台90°夹角进行均匀分布设置，如图1、图2所示。

作为优选，为防止对称安装的所述底部侧搅拌机3在平面上成一条直线进而搅拌产生对冲现象，特将所述底部侧搅拌机3与顶部中心搅拌机1的顺时针或逆时针旋转方向一致，并与所述罐体0的横轴线水平15～30°安装，如图2和图4 所示，这样将厌氧罐底部形成无死角的推流搅拌；

所述水力循环系统4包括循环泵41和循环管道42。所述循环泵41通过循环管道与罐体0连接，所述循环泵41安装在地面高度，循环管道42的一端为进水管，另一端为出水管，所述进水管与罐体0的上部连接，出水管与罐体0的底部连接。运行时，循环管道42的进水管与罐体0的连接处位于物料液面以下，通过从所述罐体0中上部取水，然后经循环泵41送至厌氧罐0底部，以一定角度与罐内的流场进行汇合，起到将所述罐体0上部未消化完全的有机物料及浮渣重新引入到所述罐体0底部，并通过水力在底部上升的作用，加强物料底部的上升效果，从而辅助主搅拌所起到由中心自上而下和底部四周自下而上的大流场效果。

在运行控制上，通过中央控制系统，设置操作界面，能够实现远程启停、运行频率控制。在使用时顶部中心搅拌1和水力循环搅拌4处于连续运行状态；所述顶部侧搅拌机2和所述底部侧搅拌机3采用间歇性运行方式。例如，所述顶部侧搅拌机2可以按照运行20～40min停2～4h的规律自动运行；所述底部搅拌器3 则在所述顶部侧搅拌机2停机后启动，按照运行20～40min停2～4h的规律自动运行这种联动的方式错峰运行，也可根据现场情况，进行控制端的手动启动相关设备；

为节省能够和便于控制，所有搅拌机电机均采用变频电机，通过远程控制系统控制其转速。

实施例2

在内蒙和河北某万头牧场中，采用该发酵搅拌技术，其单座罐体容积为6000 m3和3200m3，主要物料为牧场牛舍中收集的粪污及奶厅冲洗水，经混合匀质后的含固量为10～14％。经采用该技术后，实际沼气产率为18～25Nm3/t(沼气气量/物料)，厌氧罐内底部物料与中上部物料的含固量基本一致，表明厌氧内部物料混合程度比较好，没有出现较大的差异化。在运行两年以后，产气率和内部物料一致性上仍然比较稳定，没有出现较大的差异变化幅度。

而在国内众多的同类物料高含固量厌氧项目中，绝大多数仅采用单层的中心搅拌模式，未同时配备破浮渣侧搅拌和底部侧搅拌及水力循环搅拌，或者无中心主搅拌，仅有上部破浮渣侧搅拌和底部侧搅拌，未配备水力搅拌。在运行初期，其实际沼气产率为10～14Nm3/t(沼气气量/物料)。而在项目运行一年以后，沼气量就明显下降，在两年以后，沼气产率更低，更因底部的严重沉砂导致进料困难和排泥堵塞等一系列问题；在已经进行大修的厌氧项目中，出现了不少顶部结壳能承受一个成人体重的严重情况。

经过长期的运行效果和数据对比能够发现，采用该搅拌技术，实际沼气产率至少比同行高出30％以上，在运行时间上更为稳定，能为用户的持续稳定生产提供可靠的保障基础。

本文通过具体实施方式对本实用新型的原理和实施方式进行了阐述，以上说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种适用于高含固物料大型罐体厌氧发酵系统，其特征在于，包括罐体、顶部中心搅拌机、顶部侧搅拌机、底部侧搅拌机、水力循环系统；

所述顶部中心搅拌机包括电机、传动轴、上层桨叶、下层桨叶，所述顶部中心搅拌机的电机安装于罐体的顶部中心位置，通过传动轴垂直向下伸入罐体内部，上层桨叶安装在传动轴的上端，下层桨叶安装在传动轴下端；

所述顶部侧搅拌机设置在罐体的中上部，所述底部侧搅拌机设置在罐体的中下部。

2.根据权利要求1所述的发酵系统，其特征在于，所述顶部侧搅拌机和底部侧搅拌机为推进式搅拌机，所述推进式搅拌机的机电部分固定在罐体外壁，通过传动轴伸入罐体内部，传动轴顶部设置桨叶。

3.根据权利要求1所述的发酵系统，其特征在于，所述顶部侧搅拌机设置在罐体上部侧壁，所述顶部侧搅拌机可进行水平左右20°角度调整。

4.根据权利要求1所述的发酵系统，其特征在于，所述顶部侧搅拌机设置在罐体顶壁位于上层桨叶旋转直径的外围位置。

5.根据权利要求1所述的发酵系统，其特征在于，所述底部侧搅拌机与所述罐体的横轴线水平15～30°安装。

6.根据权利要求1所述的发酵系统，其特征在于，所述底部侧搅拌机与顶部中心搅拌机顺时针或逆时针旋转方向一致。

7.根据权利要求1所述的发酵系统，其特征在于，所述水力循环系统包括循环泵和循环管道，所述循环泵通过循环管道与罐体连接，所述循环泵安装在地面高度，循环管道的一端为进水管，另一端为出水管，所述进水管与罐体的上部连接，出水管与罐体的底部连接。

8.根据权利要求1所述的发酵系统，其特征在于，所述发酵系统还包括中央控制系统，用于控制发酵系统的运行控制，在运行时顶部中心搅拌机和水力循环系统处于连续运行方式，所述顶部侧搅拌机和所述底部侧搅拌机采用间歇性运行方式。

9.根据权利要求1～8任意一项所述的发酵系统，其特征在于，所述上层桨叶、顶部侧搅拌机及底部侧搅拌机的设置数量分别为1个或多个。

10.根据权利要求9所述的发酵系统，其特征在于，所述多个顶部侧搅拌机和底部侧搅拌机分别为罐体水平截面等角度设置。

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